非爆破法地铁基坑液压岩石分裂机应用介绍

    李业波

    [摘要]地铁车站工程多为浅埋地下结构，施工条件具备情况下一般采用明挖法爆破施工，但部分车站基坑因所处环境抗震要求较高，在无法采用常规爆破情况下，如何选择合适的静压法成为工程推进是否成功的关键。本文以江苏某城市铁路邻营区域地铁石方基坑为例，阐述岩石分裂机的应用方法，供类似工程参考。

    [关键词]地铁基坑;非爆开挖;岩石分裂机.

    文章编号：2095-4085（2019）03-0138-02

    1工程概况

    1.1总体概况

    本车站基坑位于京沪高铁某车站东广场，沿高铁线路南北向布置。车站为地下双层岛式站台车站，全长347m，标准段宽为23.3m。采用明挖顺作法施工，围护结构放采用坡开挖+砂浆锚杆+挂网喷射混凝土支护结构，局部采用围护桩+锚索支护型式。1.2水文特征

    本区地下水主要为岩溶裂隙水，埋深约0.20m～12.80m，平均10.44m，水位标高约28.79m～32.31m，平均30.35m。因本区覆盖层厚度薄，无隔水粘性土层分布，岩溶属裸露—浅覆盖型岩溶，接受大气降水直接补充，基岩岩溶裂隙水类型划分为潜水。

    1.3岩土分层及其特性

    本区处无名山脚下，地下伏基岩为寒武系石灰岩，本车站开挖范围主要为中风化石灰岩，强度为70～114MPa，基本区位于背斜的核部，南侧岩层倾向南东，倾角最大约为30°左右，中部岩层较为平缓，北侧倾向北西，倾角最大约为50°，均含有岩溶，溶洞主要以充填型为主，充填物以硬～可塑状褐黄黏土为主，夹石灰岩碎块。

    1.4难点分析

    （1）为了防止基坑开挖对高铁站台及京沪高铁线路，汽车客运站，公交大楼产生振动，冲击波，飞石等影响，基坑开挖必须采用非爆破方式，但岩石强度高，普通的破碎錘难以保证施工效率。

    （2）受在建高铁站房和路基建设工期要求，本车站总工期仅8个月，基坑开挖时间仅3～4个月，工期紧，开挖石方量近25万m。通常使用的静态破碎法存在施工效率低，施工成本高等缺点，这恰巧与工期互相制约。

    2液压岩石分裂机施工方法

    2.1分裂机简介

    该设备主要由1台动力油站和4～6台液压劈裂棒组成，辅以单钩挖掘机，破碎锤共同施工。工作时泵站经主管路供油到分配器上，由分配器向各分裂机供油。主油管及各分裂机油管缠在油管卷筒上。工作时，操作工可将油管卷筒连同油管一起从小车上抬下，放在被分裂的孔洞附近，即可进入分裂作业。

    2.2施工原理

    岩石抗压强度高，抗拉强度低。在岩石分裂前，首先在岩石中打设分裂孔，将劈裂棒放入孔中，分裂机机体上的柱塞轴线指向岩石欲裂开方向，分裂机实质上是共缸体的并联小油缸，当高压油进入小油缸的大腔时，驱动劈裂棒中的液压活塞外伸胀裂岩石。超高压分裂机瞬间可将油压提高到150MPa，使分裂棒同时产生近2000t的推力，从岩石内部将坚硬岩石分裂，并使岩石按预定方向分裂，达到开挖的目的。

    2.3选择理由

    安全性：分裂机在静态液压环境下可控制性的工作，不会像爆破一样产生较多的安全隐患。

    环保性：分裂机工作时，不会产生振动，冲击，噪音，粉尘，飞屑等，周边环境不会受到影响，即使在人口稠密区域，以及精密设备边也可无扰工作。

    易操作性：应用方法简单易学，维护保养便捷，重量轻，搬运方便。

    适用性：因无需化学反应，受地下水和气温影响小。

    效率高：采用物理方式涨裂，无需化学反应时间，且体积小，可多工作面同时作业。

    2.4工艺流程

    开设临空面→潜孔钻打孔→劈裂棒吊装→加压涨裂→钩机松动→破碎锤解小装运。

    2.5施工方法

    根据比选结果结合现场实际地质水文情况，本基坑开挖主要采用岩石分裂机法，局部坑边和操作面受限区域采用膨胀剂涨裂。

    2.5.1分裂机施工参数

    钻孔直径：250mm;底孔最小深度：大于1150mm;最大油压：145MPa;劈裂力：1150t/条。

    2.5.2开设临空面

    为保证岩石在劈裂过程中有个卸力的方向，预先根据基坑分区情况利用旋挖钻在基坑横向开设4～6条临空槽，孔径80cm，孔距70cm，开槽深度结合基坑开挖“竖向分层”的要求，每次开槽深度不大于3m，直至基坑开挖至基底为止。在已经成孔的临空槽上盖1x2m铁篦子，周围设置硬防护，并做好警示标志。在不具备旋挖钻施工区域采用液压破碎锤强行下挖、膨胀剂涨裂开槽或采用分裂机开槽，槽深比正常钻孔深50cm左右。

    2.5.3潜孔钻打孔

    根据劈裂棒的规格采用潜孔钻按照设计的破岩孔位打孔，本基坑孔径250mm，孔深1m。虽裂石为逐层施工，但为提高现场效率，可一次性做5～6排孔，为避免前次裂石对未劈裂孔洞造成破坏影响劈裂棒吊运，孔位均按600*600mm梅花形布置。钻孔过程中为避免粉尘污染，潜孔钻配备吸尘装置并湿法作业。钻孔施工完成后报相关单位对孔位，孔径，孔深进行验收并形成过程资料。

    2.5.4劈裂棒吊装

    提前将分裂机运送至施工面，待孔位验收合格后，逐根将劈裂棒从支架上吊运入孔，吊装劈裂顺序自临空面向内依次进行，劈裂棒就位时需人工采用撬棍等工具纠正方向，确保活塞方向朝向凌空面。

    3岩石分裂机在本工程中的应用分析

    针对本站所处区域地层条件，技术攻关小组人员提出岩石分裂机进行本地铁基坑施工的方案，解决了地下水，气温，工期对常规非爆开挖方式干扰较大的难题。创造性地提出将主要应用于矿山开采的施工工艺应用到地铁基坑施工并进行试验。

    3.1解决了常规分裂机输出压力不足问题

    目前市场上的岩石分裂机直径都在100mm以下，泵站输出压力60～70MPa，仅有重庆一家采用直径160mm岩石分裂机（泵站输出压力100MPa）根据本基坑岩性及工期要求，目前市场已有的岩石分裂机产生的压力不能满足本站基坑石方的开挖，需增大岩石分裂机的输出压力。增大岩石分裂机输出压力分两个方面，一是加大裂石棒的直径，二是提高液压泵站的输出压力。通过与徐工集团，三一重工等液压设备单位的沟通，计算，针对本基坑这种坚石，泵站输出压力需达到120MPa以上，裂石棒直径需达到180mm以上。具备加工此类设备的设施，但没有关于这方面的技术。经与长沙某厂家的仔细协商，双方签署了研发协议，约定厂家负责超高压巨型岩石分裂机（250mm/150MPa）的研发，并即时投入基坑施工。

    3.2使用情况分析

    本基坑从两端向中间进行施工，南北各一个作业面。单个作业面产量为690m3。单台分裂机日产量约95m3，为此每个作业面配置250mm裂石机8台，可满足开挖要求。根据实际开挖过程中现场统计，两个工作面石方开挖日产量可达到1500m，满足基坑工期要求。

    4需改进问题

    根据现场情况，由于岩石分裂机长期高负荷工作，损耗严重。根据统计250mm裂石机每开挖30000m3，设备基本报废，核心部件全部损坏，故维修要求较高，本基坑施工现场修建岩石分裂机维修站，厂家派专业技术人员常驻现场负责岩石分裂机的维修及改进。但如何提高岩石分裂机的使用寿命是下步需研究解决的问题。

    5结语

    在本基坑不允许爆破作业，地下水丰富并工期紧张的前提下，利用岩石分裂机成功解决了大方量非爆破岩石基坑开挖的难题，杜绝了爆破扰动和飞石对在营铁路的安全，也实现了最终要求工期。这种工艺具有高效，多用途，多样化施工特点，在某些对振动有特殊要求的岩石破除场合，如隧道，沟渠，路基，房基，竖井等，或者素混凝土，钢筋混凝土构件的拆除，岩石荒料开采过程中的分裂分离作业中还能有更广泛的应用。

    参考文献：

    [1]罗铭，郝其昌.CTF-100A岩石分裂机的研制及应用探讨[J].金属矿山，2006，（03）：61-63.

    [2]罗铭.利用岩石分裂機处理露天矿采场根底[J].中国矿业大学学报.2005，（10）2：4-25.